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题 目 苹果清汁浓缩汁厂的设计
专 业 生物工程

目 录

摘要 5
第一章 绪论 8
1.1苹果及其营养价值 8
1.2苹果汁的营养价值 8
1.3我国浓缩苹果汁产业的发展现状与趋势 8
1.4甘肃省浓缩苹果汁产业发展趋势 9
1.5设计目的及依据 10
1.6产品方案论证 10
第二章 厂区平面设计 11
2.1平面设计原则 11
2.2厂址选择 11
2.3建筑物布置原则 12
2.4道路与绿化 13
第三章 产品工艺流程设计 14
3.1产品工艺选择及流程 14
3.2生产工艺论证 15
3.3质量指标 17
第四章 主要设备工艺衡算和选型 19
4.1物料衡算 19
4.2 真空浓缩设备工艺衡算与选型 19
4.3灭菌系统设备工艺衡算 29
第五章 辅助设备选型及水、电、气估算 37
5.1生产工段 37
5.2无菌灌装 38
5.3 CIP系统 39
5.4全厂水量计算 39
5.5全场用电荷性质及计算 41
5.6全厂热负荷计算 42
第六章 辅助部门设计 44
6.1仓储 44
6. 2机修间 44
6. 3产品化验室 44
6. 4工厂运输系统 44
第七章 污水处理系统设计 46
7.1苹果浓缩汁厂污水对周边环境的危害 46
7.2污水处理系统设计依据 46
7.3 污水情况分析 46
7.4 工艺流程的选择 46
7.5工艺简述 46
7.6 A/O处理工艺 47
7.7 主要构筑物与设备选型 47
第八章 技术经济分析 48
8.1技术经济论证的程序： 48
8.2总投资 48
8.3财务评价 52
结 论 55
参考文献 56

苹果清汁浓缩汁厂的设计
摘要：本设计主要是进行年生产50000t浓缩苹果清汁工厂设计。
设计中对浓缩苹果清汁行业的发展现状、厂址的选择、工厂的总平面设计做了基本介绍，并对产品生产的工艺流程进行选择，确定采用压榨法生产苹果清汁浓缩汁，双效真空设备进行浓缩，并详细设计其工艺流程，在班产量确定的基础上对主要设备中的真空浓缩设备和高温灭菌设备做了详细的说明和工艺计算，并据此进行了设备的选型，明确了高温灭菌设备型号为RP6L-40，并确定了其他辅助设备的型号，同时还对污水处理系统进行了详细的分析。
关键词：苹果清汁；浓缩；工厂设计；工艺衡算

Abstract : This paper was carried out about Annual output of 50000t concentrated apple juice .
The basic introduction of development status, site selection, and plant general layout design of the apple juice industry were talked about in this design.Also, production process had been choosen, which adopted the press law to produce apple juice. Double-effect vacuum equipment was choosed to concentrate the apple juice, and the equipments of the ouble-effect vacuum equipment and high-temperature sterilization equipment design were calculated to obtain the main characteristic of the equipments on the base of knowing the output of per shif.As the result of the processing calaulation.The model of the high-temperature sterilization equipment was choosed as RP6L-40 and the model of the double-effect vacuum equipment was SHJ3600. What’ more, the appendix equipments were also choosed and Sewage treatment system was carried out in a detailed design.
Keywords: Apple juice; Concentrate; Plant design; Process accounting

第一章 绪论
1.1苹果及其营养价值
苹果（apple），又名频婆、天然子，为蔷薇科苹果属植物的果实。苹果酸甜可口，营养丰富，是老幼皆宜的水果之一。它的营养价值和医疗价值都很高。每100g鲜苹果肉中含糖类15g，蛋白质0.2g，脂肪0.1g，粗纤维0.1g，钾110mg，钙0.11mg，磷11mg，铁0.3mg，胡萝卜素0.08mg，维生素B1为0.01mg，维生素B2为0.01mg，尼克酸0.1mg，还含有锌及山梨醇、香橙素、维生素C等[1]。
1.2苹果汁的营养价值
越来越多的事实表明苹果汁含丰富的营养物质，具有重要的营养价值和医疗保健作用。食品所提供的热量是由卡表示的，一个适度大小的苹果大概提供80卡的热量，就此而言，苹果汁的热值并不高，但苹果汁的营养生理意义在于它的营养成分能够迅速的被人体吸收。苹果汁中可溶性固形物绝大部分溶解于水，只有少部分溶解于有机酸和矿物质中。苹果汁中的碳水化合物主要由糖构成，糖的主要成分是葡萄糖和果糖，这两种糖是很容易被人吸收的单糖，在人体内会迅速溶解，被肠胃吸收后进人血液中。因此，从营养学观点来看，苹果汁对人体非常有利[2]。
1.3我国浓缩苹果汁产业的发展现状与趋势
浓缩苹果汁在我国经过20年的发展历程，从无到有，从小到大，现在已成为受国外关注比较大的一个农产品加工行业。目前，我国苹果种植总面积近3000万亩，年产苹果达2200万吨，占世界总产量的近50%，是世界第一生产大国。由于我国特有的资源优势，果汁加工业近年来发展迅速，生产能力由20世纪80年代中期的不足千吨猛增至现在的40多万吨。产品出口近年来也大幅增加，2002年，我国出口浓缩果汁29.59万吨，占世界贸易总量的41%；2003年出口量可达到40万吨，占世界贸易总额的50%以上。过去主要是发达国家消费浓缩苹果汁，现在发展中国家的消费量也在不断增加。浓缩苹果汁主要出口国为中国、波兰、德国、意大利、阿根廷、智利、匈牙利等，主要进口国为德国、美国、日本、意大利、奥地利、澳大利亚等。最大的进口市场是美国、欧洲、日本。其中美国20万t左右，欧洲约20万t，日本在6-7万t，美国、日本、欧洲等一些国家随着生产成本不断提高，国内浓缩苹果汁生产的规模不断缩小，只有依靠进口来满足市场需求。2004年中国浓缩苹果汁的产量达到40万吨，到2005年，产能达到70万吨。国际市场上浓缩汁的价格也呈波动趋势，加入世贸组织后，价格呈逐年上升趋势，出口的的FOB价格：2004年为700(美元/t)、2005年为900(美元/t) [3]。现在由于苹果产量难以满足生产的需求，价格还在一直上升，对国内浓缩苹果清汁行业十分有利。
1.4甘肃省浓缩苹果汁产业发展趋势
1.4.1甘肃省苹果产业现状[4]
苹果是甘肃省分布范围最广、栽培面积最大的果树树种，全省14个市、州都有苹果栽培。2008年全省苹果种植面积369.78万亩、产量164.14万吨、产值29.05亿元，分别占全省水果面积、产量、产值的59.86％、66.15％、71.07％。主产区平凉、庆阳、天水、陇南4市322.79万亩、产量134.66万吨、产值23.84亿元，分别占全省苹果面积、产量的87.29%、82.045%、82.07。农业部确定的18个苹果优势区域重点县306.59万亩、产量125.09万亩、产量22.14亿元，占全省苹果面积、产量、产值的82.91%、76.21%和76.21%。
天水是西北地区最大的元帅系苹果产区。2008年苹果面积、产量分别占全国的13.27%和5.89%，种植面积由2002年的全国第六位，跃升到2008年的第3位，仅次于陕西省和山东省。
1.4.2甘肃省苹果汁产业
近年来，纯果汁和果汁类饮料由于具有天然、健康的特性，产销量增长迅速。这为甘肃省的果汁加工企业带来巨大的商机。凭借丰富的原料资源和较低的劳动力成本优势，甘肃省果汁生产企业的产品质量不断提升，出口量也迅速增长。2000以前甘肃省仅有庆阳、泾川建有苹果浓缩汁加工企业，东南部地区还有较为丰富的苹果资源大量浪费。2001年，兰州长城电工股份有限公司、陕西恒兴果汁饮料有限公司和天水长城电工股份有限公司斥巨资在富有“中国西部瓜果之乡”之美誉的天水市建起了苹果浓缩汁加工专业生产企业—天水长城果汁饮料有限公司。公司资产总额达1.41亿元，其中固定资产6147万元，注册资金4000万元，占地面积达74000平方米。全部设备均从德国、意大利、瑞士等国引进，在国际上处于领先水平。目前已建成苹果果汁加工线2条，日消化原料苹果1000吨，年可生产浓缩苹果汁25000吨。公司建成投产四年来，完成产品产量45000吨，实现工业总产值17388万元。全部产品均以自营和代理的形式出口德国、俄罗斯、以色列、荷兰、英国、丹麦等发达国家和地区，实现销售收入18000万元，实现出口创汇1847万美元。
1.5设计目的及依据
本设计将从苹果汁生产工艺、物料衡算和热量衡算、设备选型、环境污染治理等几个方面入手， 设计结构合理，生产规范，工艺先进的浓缩苹果汁厂。具体的内容将以设计说明书和CAD图的方式呈现出来。
1.5.1项目背景
我国是世界第一大苹果和苹果汁生产国，苹果汁出口占世界贸易量一半以上，在国际苹果汁贸易中具有举足轻重的地位。在世界贸易组织框架体系下，苹果汁加工是我国少有的几个具有绝对优势地位的农业产业之一，是农业产业化的重点发展行业，苹果汁的加工出口对于缓解国内果品卖难，消化残次果和促进果业的健康持续发展起到了十分积极的作用。近年来，我国苹果汁加工行业高速增长，苹果汁出口顺畅，有效推动了国内市场果价的回升，并起到了优化农村产业结构和提高农民收入的重要作用。
1.5.2拟建规模
本厂计划在三年内完成年产五万吨的苹果清汁浓缩汁生产项目，各生产设备陆续到位。
1.6产品方案论证
1.6.1依据
年产量50000t浓缩苹果清汁。
1.6.2要求
首先确定季节性产品的生产季节和班次，然后考虑调节性产品。做到产品产量、劳动力、班次、设备生产、水、电、气基本平衡，达到经济运行的目的。
第二章 厂区平面设计
2.1平面设计原则
1. 按工厂规模及类别结合周围环境，布置上力求紧凑，节约用地；
2. 建筑物布置需符合工艺流程要求，生产线路短，合理组织人流和物流；
3. 各建筑物、构筑物应按各自性质，合理的在常年主导风向上进行布置；
4. 综合考虑全厂布置，要求合理、经济、高效、环保。
2.2厂址选择
本厂拟建于天水市国家经济开发区社堂工业园，用地代码为南区M2，北临天北高速，南抵羲皇大道。
天水市社棠工业新城位于天水市区最东端—麦积区社棠镇。陇海铁路、国道310、省道305穿越境内，距秦州区13公里，距麦积区3公里，初步形成了以公路、铁路组成的交通系统。
2.2.1区位条件
天水市位于甘肃省东南部，黄土高原西部，渭河流域中上游，总面积1.43万km2，是陇东南政治、经济、文化中心。天水东连关中、西通兰州、河西、南下经陇南可入巴蜀，北上平凉、庆阳可达塞上，地理位置十分重要。
2.2.2交通条件
天水地处陕、甘、川、宁四省交汇点和西安、兰州两大省会城市中间，为陇东南商贸中心，对周边城市有一定的辐射带动作用，具有现代物流和商业连锁的区位优势。天水市以公路、铁路交通为主，交通相对便利。陇海铁路线在天水境内长达185 km；公路方面，国道316、310线构成南北、东西大通道；境内还有省道5条。伴随十堰-天水高速公路开通将使天水与陕西、湖北的交通更加便捷；正在建设的宝天高速与将要建设的天定高速、平武高速也将便利天水的东进西出，南拓北展。
2.2.3原料供应
天水是全国重要的果品生产基地，2009年苹果种植面积70万亩，产量4.02亿公斤。天水具有气候温和、光照充足、降雨适中、土层深厚、四季分明等特点，土壤pH值5.5-8.0，年均气温、年降雨量、1月中旬平均温度、年极端最低温度、夏季平均温度、大于35℃天数、夏季平均最高气温等生态指标，均符合国家农业部《苹果区域优势发展规划》中苹果最适宜标准。果品栽培海拔1000-1850米，无霜期165-230天左右，大于10℃的有效积温2200-3500℃，昼夜温差在10-15℃，年日照时数2000-2300小时，非常有利于果品糖分的积累。
2.3建筑物布置原则
建筑物布置应严格符合食品卫生要求和现行国家规程、规范规定，尤其遵守《出口食品生产企业卫生要求》、《食品生产加工企业必备条件》和《建筑设计防火规范》中的有关条文。
各有关建筑物相互衔接，并符合运输线路及管线短捷、节约能源等原则。生产区的相关车间及仓库组成联合厂房。
2.3.1生产车间、检验室及中心实验室的布置
1. 布置在厂区全年最小频率风向的下风侧；
2. 生产区与厂外公路不应小于30m；
3. 生产区有一定的绿化带，保持良好的卫生环境。
2.3.2公共设施布置
1. 锅炉在满足工艺条件的前提下，宜靠近用气负荷中心，并应布置在厂区全年最小频率风向上风侧；要有足够堆煤、堆渣的的场地。应设置运输煤渣的单独出入口。燃油锅炉要考虑油罐位置；
2. 变配电所应靠近制冷站等主要用电负荷中心，满足变压器进出方便及安装、维修要求；
3. 制冷站应靠近冷库或与冷库结合位置；
4. 压缩空气站应布置在生产车间全年最小频率风向的下风侧；
5. 泵房给水系统应布置在较洁净的地方；
6. 污水处理站应在生产车间至少30m以外，并在生产车间全年最小频率风向的上风侧，其周围应布置较多绿化带。
2.3.3库区布置
1. 仓库应结合生产工艺要求和相关生产车间结合布置，有利于节约能源和土地；
2. 废弃物场地的设置应远离生产区，并设置专门的入口和清洗消毒设施。
2.4道路与绿化
2.4.1道路
厂区出入口的设置结合了天水城市道路规划、人流、物流方向和全厂运输量。
表2-1 厂区道路指标
指标名称
汽车道
电瓶车道

路面宽度(m)
单车道
3.0-4.0

6.0-6.5
2.0

3.5
双车道
车间引导宽度
3.0-4.0
2.0-3.5
路肩宽度
1.0-1.5

平曲线最小半径
15.0
6.0
单车
带一辆拖车
9.0
12.0
5.0
7.0
最大纵坡(%)
8
3-4
最小纵坡(%)
0.4

车间引导最小半径
8.0
4.0
纵向坡度最小长度
50
50
2.4.2绿化
绿化对改善厂区的卫生环境和生产、生活环境是必不可少的。但特别注意的是，厂内绝对严禁种植飞絮植物，对于落叶植物的选用也会慎重。

第三章 产品工艺流程设计
3.1产品工艺选择及流程
3.1.1果汁制取方法
1.浸提法
浸提法是把水果细胞内的汁液转移到液态浸提介质的过程，苹果汁浸提一般在温度45-65℃下，低温浸提60min左右[5]。在实际操作中，浸提法制取苹果汁采用热水作为介质，所得汁液色泽明亮，易于澄清处理，氧化程度小，微生物含量低，芳香成分含量高。但果汁中易于热解或挥发的成分损失很大，且需要消耗大量新鲜热水，所以浸提法一般用于汁液含量较少，难于用压榨法制取的水果原料，如山楂、梅、酸枣等水果。
原料
精过滤
拣选
抗坏血酸
碟式分离
澄清处理（酶处理）
冷却
200L铝塑复合袋、铁桶
真空浓缩
无菌储罐
冷库储存（—18℃）
浓缩苹果汁成品
罐装
高温杀菌
浓缩苹果汁成品
冷库储存（—18℃）
220L铝塑复合袋、铁桶
破碎
打浆
清洗
榨汁
离心分离
核皮

图3-1浓缩苹果汁生产工艺流程
2.榨汁法
目前国内外普遍采用压榨法制作苹果浓缩汁。压榨是通过推进一个挤压面将水果中的固体、液体和气体所组成的混合物中的液体和气体物质从挤压室中排出来的过程。与浸提法相比，压榨法的出汁率较高，生产较为稳定，成本相对较低，是运用最为广泛的苹果浓缩汁制取方法。
综上所述，本设计采用压榨法生产浓缩苹果汁。压榨法制取苹果浓缩汁的工艺流程主要包括原料处理、破碎、榨汁、灭菌和冷却罐装等，其中苹果的出汁率主要由榨汁工段决定，因此采用先进的压榨机械有利于提高产量，原料处理和灭菌保证了产品质量，原料的采收应符合国家软饮料原辅材料的要求（GB10791-89）。其工艺流程设计如图3-1所示[6]。
3.2生产工艺论证
3.2.1原料的采集
苹果主要从天水当地收集，在苹果产地建立采购站以保证及时采购原料果。原料选富有苹果风味，糖分较高，酸味和涩味适当、香味浓、果汁丰富的天水元帅系苹果。要求果实健全完好。加工时须除去腐败果和生霉果。果实以成熟为宜，未熟果有生果味，果汁偏酸涩而少甜味，浓度也低。过熟果缺少风味果汁品质低劣、压榨、澄清和过滤比较困难，出汁率低。
3.2.2原料的验收
每年8、9月份质检部到苹果种植区调查苹果成熟情况及农药使用情况，保证采购区域周围没有化学污染及该区域未使用国家禁止的农药。生产期间，苹果验收按以下要求进行[1]：
1. 必须是合格供应商提供的原料；
2. 农残检验报告；
3. 腐烂率超标(6％)的不收；
4. 质检员当场验收。
3.2.3原料预处理
1. 初步清洗
苹果在采收后表面常附有灰尘，碎叶等杂物，必须进行初步清洗，初步清洗有两个过程，水流输送清洗和提升机喷淋清洗。在清洗时把粘附在原料上的泥土、杂质、粉尘、沙粒等洗掉，去除残留的农药和部分微生物，清洗环节必须符合国家软饮料原辅材料的要求（GB10791-89）。
2. 拣选
在拣选台人工对苹果进行拣选，把一些腐败的苹果或腐烂部分去除掉，一些杂质通过拣选台被拣出。以免下一步进行破碎时这些杂物进入苹果汁。
3. 清洗
在洗果机上通过毛刷及水流喷淋进行苹果的清洗，通过破碎前的提升机进行清洗。为了达到清洗农药的效果，在清洗水中加入0.5-1％盐酸进行清洗，最后再用清水冲洗干净。
3.2.4破碎
榨汁前先行破碎可以提高出汁率，但破碎粒度要适中，要利于压榨过程中果酱内部产生排汁通道。否则，破碎过度，易造成压榨时外层果汁很快榨出，形成一层厚皮，使内层果汁流出困难，反而造成出汁率下降，榨汁时间延长，混浊物含量增大，使下一步澄清工作负荷增大。破碎粒度一般控制到1.5-3cm[8]。
3.2.5榨汁预处理
原料果经破碎成果浆，果品组织被破坏，各种酶从破碎的组织细胞中溢出，活性大大增强，同时表面积急剧扩大并大量吸收氧，致使果浆产生各种氧化反应。此外，果浆又为来自于原料、空气，设备的微生物生长繁殖提供了良好的营养条件，极易使其腐败变质。因此，必须对果浆及时采取措施，钝化苹果自身所含有的酶，抑制微生物繁殖，保证果汁的质量，同时提高果汁的出汁率。采用酶处理，将果浆迅速加热到40-45℃，在搅拌器中搅拌15-20min，通风，添加0.02-0.03％高活性酶制剂，在45℃处理1h并间歇缓慢搅拌[9]。
3.2.6原料果的压榨
在压榨过程中果浆分布尽可能的均匀，果浆厚度控制在3-6cm之间，榨带张力根据果浆的性质加以调节，以出汁率作为衡量标准。
3.2.7 酶处理
使用单一品种的酶处理，澄清效果往往不好，所以本设计采用纤维素酶、果胶酶、淀粉酶和蛋白酶各适量并用，以提高澄清效果。在室温下（20-25℃），果汁存放在大罐中进行冷却酶处理，处理时间为6-8h。
3.2.8过滤
采用硅胶土过滤，过滤时，用硅胶土配料器把硅胶土添加至混浊果汁中，经过一段时间后，当硅胶土沉积在滤板上的厚度达2-3mm时，形成过滤能力，只要硅胶土沉积层没有被堵塞，就可以连续过滤。硅胶土的需要量，依果汁的浑浊度和果汁的黏度而定。40╳40cm的板框可容纳1.5kg的硅胶土，60╳60的板框可以容纳4kg硅胶土，苹果汁过滤使用硅胶土为1-2kg/1000L[9]。
3.2.9浓缩
浓缩可以使果汁中的固形物从5-20％提高到60-75％；提高糖度和酸度，增加产品稳定性，抑制微生物繁殖；浓缩苹果汁，应该保存新鲜水果的天然风味和营养价值，采用真空浓缩设备浓缩至30％左右，糖度65-68％[10]。
3.2.10灭菌和灌装
苹果汁的灭菌正确与否，不仅影响产品的保藏期，而且影响产品的质量。浓缩处理之后，苹果汁采用高温灭菌，通过管式蒸发器加热至95℃，维持10s，灭菌后趁热灌装。
无菌灌装的三个条件：(1) 物料无菌；(2) 包装材料无菌；(3) 灌装环境无菌。采用进口的罐装机进行灌装，灌装前先将灌装口喷射高温蒸汽，杀死可能存在的微生物，再开始灌装，灌装后的成品直接入库。
3.3质量指标
3.3.1成品质量的控制
产品质量的好坏，关系到企业的生死存亡。要发展就要把质量放在首位，果汁企业的管理人员，技术人员和工作人员，都应懂得食品质量管理的基本知识，应严格按照浓缩苹果汁质量指标进行生产，采用先进科学的质量管理方法，全面提高企业的质量管理水平。
根据中华人民共和国农牧渔业部标准《果汁饮料总则》（NY 145—88）标准。浓缩苹果汁质量指标指标如表3-1所示：
表3-1浓缩苹果汁质量指标一览表
指标类型
指标项目
单位
指标

感官指标

色泽
香气及滋味
外观形态
杂质
根据三角法取样鉴定感官指标，感官指标主要依赖检测人员的经验来评定。
橙黄色或棕红色，久置后变深将果汁稀释至可溶性固形物至10-12％果汁应有新鲜苹果固有的香味，无异味。
透明，无沉淀物，悬浮物，应无肉眼可见杂质。

卫生指标
铅
铜
砷
细菌总数
大肠菌群
致病菌
耐热耐酸菌
霉菌和酵母菌
棒曲霉素
mg/kg
mg/kg
mg/kg
个/ml
个/100ml

个/ml
个/ml
ug/kg
≤0.2
≤5.0
≤0.1
≤10
＜3
不得检出
＜1
＜10
≤40

理化指标
可溶性固形物
总酸
pH
透光率T625nm
色值T440nm
浊度
乙醇
果胶试验
淀粉试验
富马酸
热稳定性
Brix

％
％

g/kg

mg/kg
71±1
≤0.8
≤3.6-4.2
≤95
≤55
≤3.0
≤3.00
阴性
阴性
≤5
稳定
第四章 主要设备工艺衡算和选型
浓缩苹果汁生产主要设备包括真空浓缩设备和灭菌设备，苹果汁在经过浓缩处理之后要进行高温灭菌，保证无菌灌装。若灭菌不彻底，可造成致病菌残留、微生物腐败，进而影响产品质量。
本章主要目的是对真空浓缩设备和高温灭菌设备进行工艺衡算和选型。
4.1物料衡算
根据生产规模而设计全年工作180天，每天三班，每班8小时。根据年产50000t规模，则每小时产量要达到8t。为进行主要设备工艺计算，首先进行物料衡算：
1. 班产量的确定
日产浓缩汁量为：50000t÷180天=277.77t/d
班产浓缩汁量为：277.77÷3=93t
2. 通过酶解、过滤得到的澄清果汁经蒸发浓缩，浓缩到原来质量的1/5-1/7，糖度在65-75％左右。在设计按照浓缩到1/6，浓缩果汁的浓度为70Brix±l来计算。
每班澄清苹果汁生产量=浓缩倍数×班产浓缩汁量（t/班）
=6×93t/班
=558t/班
生产的损耗量如表4-1[16]所示：
表4-1生产损耗一览表
项目
损失量(％)
拣选
清洗
破碎
压榨(去渣)
超滤
浓缩
0.5
0.2
0.2
13.2
0.4
0.3
出汁率为：
所以每天(3班)需要3×558÷85％=1969.40t新鲜苹果进行生产，即每生产1t浓缩苹果汁需要新鲜苹果。
每小时处理原料量=
4.2 真空浓缩设备工艺衡算与选型
目前，蒸发浓缩工艺是一种最主要的果汁浓缩工艺。其实质是通过加热沸腾使水分从果汁中分离出来。真空浓缩的优点是：料液沸点低；浓缩速度快；能用低压蒸汽为热源；利于保持食品营养成分；能耗小。
为确定真空浓缩设备型号，对浓缩装置蒸发室进行工艺衡算， 根据工厂实习所得数据，苹果汁在进入浓缩设备之前，温度大约为20℃。
注：进料量F=558÷8=69.750t/h=69750Kg/h；
表4-2 流体相关物理参数
项目
苹果汁料液
进口温度/℃
20
进料量/kg/h
69750
进料浓度
0.2
出料浓度
0.7
4.2.1水分蒸发量W的计算
苹果汁凝缩比不是很高，可试用双效蒸发器，为便于计算和安装，假设蒸发室传热面积相同。
（4.2.1.1）
数据代入式4.2.1.1，得：

二效完成液量
假定每效蒸发量相同：
对一、二效进行总物料衡算：

(4.2.1.2）
数据代入式4.2.1.2，得：

一、二效进行溶质物料衡算：
(4.2.1.3）
数据代入式4.2.1.3，得：

4.2.2加热蒸汽蒸发量D的计算
4.2.2.1总传热系数K的计算
由于处理量较大，本设备换热器采用的无缝钢管，导热系数λ=45W/m·k。
表4-3 流体相关物理参数

20%苹果汁料液
污垢热阻/（m2·k/kw）
1.2×10-3
密度/（kg﹒m-3）
1280
热导率/（W/m·k）
0.42
粘度/（Pa﹒s）
2.2×10-3
管外传热系数/（W﹒m-2﹒K-1）
6800
Pr
210
1. 一效总传热系数K1:
计算管内对流传热系数
令管内料液流速为15m/s
(4.2.2.1）
数据代入式4.2.2.1，得：

Re >10000， (4.2.2.2）
数据代入式4.2.2.2，得：

又因为： (4.2.2.3)
式中：
d1=90mm；
d2=100mm；
dm=95mm。
数据代入式4.2.2.3，得：

2. 二效总传热系数：
表4-4 流体相关物理参数

31%苹果汁料液
污垢热阻/（m2·k/kw）
1.26×10-3
密度/（kg﹒m-3）
1370
热导率/（W/m·k）
0.48
粘度/（Pa﹒s）
2.2×10-3
管外传热系数/（W﹒m-2﹒K-1）
5200
Pr
240
流速/(m/s)
12
计算管内对流传热系数
则

Re<10000， (4.2.2.4)
将数据代入4.2.2.4，得：

式， (4.2.2.5)
将数据代入4.2.2.5，得：

4.2.2.2双效的沸点升高计算
令：一效蒸汽压力为2.100×105pa，其饱和温度T1s=120℃
二效蒸汽压力为 0.20×105pa，其饱和温度为T2s=54℃
且沸点升高Δ′认为与压力无关
并按计算 (4.2.2.6)
将数据代入4.2.2.6，得：
℃
℃
总有效温差

℃
估计各效蒸发器的有效温度差:
℃
℃
由于进入第一效的物料是低于沸点的冷料，为了提高原料的温度，需要加入更多热量。所以调整各效有效温度差，即提高Δt1同时降低Δt2。
令Δt1= 27℃，Δt2=30℃
4.2.2.3计算各效中溶液的沸点
1. 一效溶液的沸点 (4.2.2.7)
将数据代入4.2.2.7，得：

Δ′1=1.18℃，所以进入二效加热室蒸汽的饱和温度

2. 二效溶液的沸点

=1.68
得出双效蒸发器的温度分布如下:
第一效 第二效 冷凝器
120℃ 91.82℃ 60.14℃

93℃ 61.82℃
4.2.2.4加热蒸发量D的计算
首先计算每一效中溶液的比热，忽略浓缩热效应。
按照计算
进料F：C0=4.32-2.1×0.2=3.9kJ/kg·k
第一效溶液L1：C1=4.32-2.1×0.31=3.67kJ/kg·k
第二效溶液L2：C2=4.32-2.1×0.7=2.85kJ/kg·k
以0℃为基准，各蒸汽流的焓计算如下：
第一效：
t1=T1=120℃
T2s=91.82℃
Δ′1=1.18℃
T1s=120℃
二次蒸汽焓H1 =H2s+蒸汽过热1.18℃的焓 (4.2.2.8)
将数据代入4.2.2.8，得：
H1 = 2510+1.18×1.6
=2512KJ/kg
H1s-h1s=2600-480
=1800KJ/kg
第二效：
t2=T2=61.82℃
Δ′2=4.10℃
T3s=60.14℃

焓衡算中所用蒸汽和苹果汁流量如下：
W1=F-L1；W2=L1-L2；
以0℃作为焓的基准，对每一效进行焓衡算：
1. 对第一效：
(4.2.2.9)
2. 对第二效：
(4.2.2.10)
将已知数据代入，联立式4.2.2.9和式4.2.2.10，求得：
1800D+2171L1=1.09×107 (4.2.2.11)
4023L1-2057L2=9.56×107 (4.2.2.12)
L2=21950kg/h (4.2.2.13)
由4.2.2.11、4.2.2.12、4.2.2.13三式，得：
D=21079kg/h
L1=42880kg/h
与初始值比较接近，故假设成立。
4.2.3传热面积F的计算
(4.2.3.1)
将数据代入4.2.3.1，得：

(4.2.3.2)
将数据代入4.2.3.2，得：

传热面积
传热面积
求得的面积相差较大，需对有效温度差进行校正。
平均传热面积
对有效温差进行校正
℃
℃

=60.5℃
=60.5℃比原小0.22℃，且偏小偏于安全，双效换热器中新的温度分布如下：
第一效 第二效 冷凝器
120℃ 92.52℃ 60.3℃

92.7℃ 61.7℃
由于温度变化很小，生蒸汽用量和各效蒸发量仍与前面计算相同，重新计算得各效传热面积为

两效传热面积相符度很好，可选取比1120 稍大的换热器。
4.2.4蒸发室的主要参数计算
根据上面的计算，可初步选择顺流式双效降膜真空浓缩设备，为了设备型号的选择，进行蒸发室参数的计算。
根据顺流式双效降膜真空浓缩设备参数计算公式：
4.2.4.1蒸发室直径d
(4.2.4.1)
式中：
D—二次蒸汽流量，kg/h
V0—二次蒸汽比体积，m3/kg
将数据代入式4.2.4.1，得：

4.2.4.2蒸发空间的容积
(4.2.4.2)
式中：
α—修正系数，取0.8
δ0—二次蒸汽密度，取0.021kg/ m3
ρ0—干蒸汽的蒸发体积强度，m3/(m3·h)，取4600
将数据代入式4.2.4.2，得：
V=322 m3
4.2.4.3蒸发室高度H

4.2.4.3生蒸汽的经济程度

浓缩设备工艺衡算结果如表4-6所示：
表4-6浓缩设备工艺衡算结果汇总
项目
数据
水分蒸发量

加热蒸发量

一效传热系数

二效传热系数

生蒸汽经济程度

一效有效温度差
30.8 ℃
二效有效温度差
29.7 ℃
传热面积

蒸发室直径
6.2
蒸发室容积
322
蒸发室高度
9.2
4.2.5真空浓缩设备选型
由生蒸汽的经济程度可得，1kg蒸汽可以蒸发2.3kg的水，对于双效蒸发器来说，此经济程度是比较高的，有利于减少浓缩成本。
通过上述计算可知，双